現(xiàn)在的制造業(yè)，比任何時候更為熱鬧，充滿了各種所謂的“智能”、“轉(zhuǎn)型”、“顛覆”的熱詞。一直默默服務(wù)于制造的自動化莫名經(jīng)常被冠以“封閉”、“被顛覆”的力量。然而，這種純?nèi)坏臒o明，并不能真實還原自動化行業(yè)持續(xù)不斷的創(chuàng)新。并且無法清晰理解自動化“工程”創(chuàng)新帶來的持續(xù)價值-這種力量在過去的數(shù)十年里已然被證實，且繼續(xù)發(fā)生。本文以貝加萊視角來看待制造業(yè)的自動化技術(shù)進(jìn)步。

企業(yè)發(fā)展的五個力量

管理學(xué)大師邁克爾.波特早在競爭理論中闡述了企業(yè)所面臨的五個力量，稱為五力模型。同樣，對于任何一個企業(yè)或組織，其發(fā)展來自這幾個力量：

圖1-企業(yè)乃至行業(yè)發(fā)展的重要力量

其實，企業(yè)核心在于使命驅(qū)動下，為用戶提供所需的產(chǎn)品技術(shù)，為員工謀福利，以及為股東謀利益，這是企業(yè)自身發(fā)展的內(nèi)生動力。客戶需求導(dǎo)向的產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)生拉動力，橫向技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生推動力，通過工程創(chuàng)新，為用戶提供優(yōu)于競爭者更高性價比的產(chǎn)品技術(shù)與解決方案。

回到制造的本質(zhì)

無論賦予智能制造何種光鮮，制造本身都是要提供高品質(zhì)產(chǎn)品、低成本與快速交付能力的。今天的技術(shù)并無新鮮，一切都是技術(shù)是否達(dá)到經(jīng)濟的臨界點，因此，信息化、智能化都是附著于自動化之上的工具擴展，而非制造本身。圖2梳理了自動化、信息化與智能化之間的關(guān)系，他們作為一種方案工具共同服務(wù)于不斷變化的制造業(yè)需求。

圖2-質(zhì)量/成本與交付是制造的本質(zhì)訴求

更快、更高、更強的機器

對于制造業(yè)而言，其總是遵循著奧運會精神，那就是“更快、更高、更強”。對于機器而言，就是“更快的速度、更高的品質(zhì)、更強的功能”，工廠對于機器的要求就是“既要品質(zhì)高、又要省材料、還要一機多用生產(chǎn)不同的產(chǎn)品”，這就是“投資回報”。

機器控制何以變得越來越復(fù)雜？

控制，從機械傳動與手動操作、繼電器邏輯、PLC，再到PC算法設(shè)計，AI集成能力，這一切都是為了讓機器變得能夠勝任更為復(fù)雜的工作。一機多能，就意味著最快的調(diào)整，以生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，越來越快的機器要更高的生產(chǎn)產(chǎn)能，而精度越來越高則為了更高的品質(zhì)。

似乎大部分對機器的控制器的理解都不斷停留在PLC只能做邏輯控制，這似乎對于自動化有較過時的理解一直彌漫在制造業(yè)，然而事實并非如此，至少在貝加萊并非如此。貝加萊在80年代開始進(jìn)入PLC市場，但起起點選擇了PC與PLC融合的架構(gòu)，即，選擇PLC的穩(wěn)定可靠、又有PC的復(fù)雜算法設(shè)計、浮點運算能力，這使得貝加萊在90年代即可采用BASIC/C編程以實現(xiàn)復(fù)雜的算法設(shè)計，賦予機器更高的工藝實現(xiàn)能力。

圖3-多樣控制技術(shù)滿足各種需求

如圖3，今天，貝加萊的控制器按照用戶需求，提供了各種能力的擴展產(chǎn)品組合，涵蓋了機架式PLC、Power Panel控制顯示一體、APC-先進(jìn)的工業(yè)PC、Panel PC-PLC、PC與面板集成，X90的移動裝備控制器，這些控制器基于Intel X86/ARM架構(gòu)，可以支持RTOS，復(fù)雜算法實現(xiàn)。

通過本身的高性能處理器、以及豐富的網(wǎng)絡(luò)集成能力、內(nèi)嵌的服務(wù)（FTP/Web,OPCUA）能力，在數(shù)字化時代，貝加萊的控制器依舊具有領(lǐng)先的數(shù)字化能力。在滿足控制任務(wù)的實時性同時，也提供數(shù)字化連接能力，以及邊緣計算任務(wù)處理能力。

工業(yè)通信-從機器到工廠集成

總線的歷史若從早期的儀表總線算起，也有大約60年的歷史，從IEC的“現(xiàn)場總線”這個定義也有近40年了。早期總線主要來自于流程工業(yè)的需求，因為流程工業(yè)像是一臺大機器（裝置），有對于工程接線、配置和診斷的需求。隨著機器也開始逐漸接入更多的傳感器、伺服軸、視覺系統(tǒng)等，更多需要連線生產(chǎn)，而離散制造業(yè)屬于“時間嚴(yán)苛型任務(wù)”，因此，它對實時性有著較高的要求。隨著機器的需求變得更為迫切，普遍采用了三層更為精簡的架構(gòu)來滿足實時性要求，并借助于以太網(wǎng)將L1/L2統(tǒng)一，但保持了原有的L7應(yīng)用層。

圖4-工業(yè)通信的發(fā)展路徑

當(dāng)機器要進(jìn)行連線生產(chǎn)的時候，就會遇到機器-機器（M2M）交互問題，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)怎么集成。這使得OPC UA的語義互操作能力得到迫切需求，而另一方面，由于集成后的邊緣任務(wù)、數(shù)字孿生任務(wù)都會產(chǎn)生大量多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流調(diào)度問題，而由于每個由廠商獨自掌控的網(wǎng)絡(luò)阻礙了這種集成，因此，由更為中立的IEEE發(fā)起的TSN就使得各個廠商終于聚在一起尋求新的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

貝加萊早期的控制器已經(jīng)集成了CAN總線，包括伺服短暫的經(jīng)歷過脈沖與模擬量控制，即納入了分布式智能的架構(gòu)下，在90年代推出的ACOPOS伺服驅(qū)動器就已經(jīng)配置CAN接口。到2001年開發(fā)了POWERlink實時以太網(wǎng)技術(shù)，采用以太網(wǎng)+CANopen應(yīng)用層架構(gòu)，提供高實時性應(yīng)用。而到了2017年開始逐漸進(jìn)入TSN的研發(fā)中，在應(yīng)用層，也開始采用OPC UA統(tǒng)一架構(gòu)來規(guī)劃未來的系統(tǒng)通信架構(gòu)，以確保機器與系統(tǒng)可以被容易集成到工廠整個架構(gòu)，包括設(shè)備與管理系統(tǒng)的雙向交互。

靈活性需求—運動控制貢獻(xiàn)最大

從直流驅(qū)動，到交流，從變頻到伺服的大量應(yīng)用，運動控制最重要的應(yīng)用包括了定位與同步控制、CNC和機器人。

機器的靈活性變化需求使得采用機械方式需要費時費力的變化和調(diào)校，而伺服電機則以快速響應(yīng)、高精度，使得機器的這種調(diào)校變得簡單，因此，越來越多的伺服電機不像最初主要聚焦定位精度和速度位置同步任務(wù)，而更多變成了滿足機器變化生產(chǎn)的需求。

在2008年，貝加萊推出GMC，將定位同步、CNC和機器人納入統(tǒng)一架構(gòu)。

圖5-滿足各種場景的ACOPOS系列

為了解決機器控制的各種需求，貝加萊的ACOPOS系列有針對性的提供了ACOPOSmulti雙軸共直流母線驅(qū)動、ACOPOSmotor分布式運動控制、ACOPOS P3三軸驅(qū)動，如圖5所示，而ACOPOStrak匯流分流的磁懸浮輸送，以及ACOPOS 6D具有平面磁懸浮輸送能力的運動控制產(chǎn)品，如圖6所示。

圖6-多維運動控制技術(shù)

而磁懸浮輸送技術(shù)又是一個更大的潮流，因為，它需要解決如何將整個生產(chǎn)連接起來，以將傳統(tǒng)的離散制造轉(zhuǎn)化為向流程工業(yè)一樣的連續(xù)型生產(chǎn)，進(jìn)而縮短中間的搬運、輸送與等待時間。另一個問題在于“調(diào)度”，即，通過尋找在個性化產(chǎn)品的生產(chǎn)流程組合中，獲得最優(yōu)（時間最短、路徑最短）的效率組合。這是由ACOPOStrak和ACOPOS 6D內(nèi)置的智能調(diào)度算法來實現(xiàn)的。

軟件技術(shù)

軟件之所以變得重要就在于它可以賦予機器更多的靈活性，以應(yīng)對變化，軟件作為一種Know-How封裝的容器，也被機器制造商所看重，從圖7我們可以看到，自動化包含了非常多與軟件相關(guān)的工作。

集成開發(fā)平臺的需求

機器越來越多的對象和任務(wù)集成，使得提升機器開發(fā)效率成為了必須，因此，貝加萊在1997年即推出了Automation Studio集成工具平臺。其實，在今天大家廣泛討論的工業(yè)軟件中，針對嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的工具平臺往往會被忽略，但是，不要忘記，所有運行在機器上的控制系統(tǒng)必須有一個軟件集成工具。而Automation Studio的開放靈活是貝加萊形成各種解決方案的關(guān)鍵一環(huán)。

圖7-軟件的價值體系

建模仿真

為了滿足物理建模，貝加萊在很早就推出與MATLAB/Simulink的接口，而2008年Mathworks的Simulink PLC支持C代碼自動生成，由于貝加萊PLC支持C開發(fā)，而批受益。之后為了加強與機械及產(chǎn)線仿真的集成，貝加萊又通過FMU/FMI接口與MapleSim、ISG的Virtuos、IndustrialPhysics等軟件的交互，以實現(xiàn)協(xié)同仿真。

提升機器與系統(tǒng)開發(fā)效率的模塊化軟件

盡管工業(yè)軟件今天很熱，但是，其實，對于自動化廠商而言，提升開發(fā)效率，降低代碼的編寫，所謂的低代碼，其實本質(zhì)就是用高內(nèi)聚的模塊來提升機器軟件的“組織”，而貝加萊的mapp即基于組件的開發(fā)（Component-based Development）思想來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化封裝，進(jìn)而降低機器開發(fā)的編程量，從而快速配置機器的應(yīng)用系統(tǒng)。主要是為了節(jié)省時間，降低開發(fā)成本。

智能算法的支持

就本質(zhì)而言，AI也是工業(yè)知識的軟件化，因此，以軟件形式運行于嵌入式PLC還是PC，乃至未來所謂云化PLC均可，部署于哪里只是根據(jù)需要可自由靈活配置的問題。

對于自動化廠商來說，其實開發(fā)平臺工具軟件是一方面，另一方面也在于垂直行業(yè)的Know-How封裝，因此，這都是價值的體現(xiàn)。

自動化從未停止創(chuàng)新的步伐

事實上，自動化的疆界一直在擴展，從貝加萊的視角，我們可以看到自動化技術(shù)發(fā)展的幾個關(guān)鍵點：

橫向技術(shù)+縱向應(yīng)用

借助于橫向技術(shù)來解決垂直行業(yè)問題，是自動化的使命與基本工作，因此，所謂的技術(shù)，只要它能滿足要求，并具有經(jīng)濟性，那么，自動化就可以將其納入整個架構(gòu)，并以工業(yè)的特殊性進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，從而解決用戶行業(yè)的特定問題。

向兩個方向的延伸

首先，ACOPOStrak和ACOPOS 6D這樣的技術(shù)使得自動化開始向機械部分延伸，而OPC UA over TSN架構(gòu)下的邊緣任務(wù)則向全局的工廠連接擴展。

自動化核心價值在塑造客戶巧實力

與炫耀工具平臺本身不同，自動化的創(chuàng)新都是在解決用戶工藝、質(zhì)量、成本與交付能力幾個問題為其競爭力，而并非在平臺工具本身。

中國制造業(yè)的發(fā)展，自動化與智能化發(fā)展是必然趨勢，但是，一切都圍繞著技術(shù)的凝聚和沉淀，我們需要的是一種關(guān)注需求、打磨產(chǎn)品與技術(shù)的精益精神。

關(guān)于貝加萊

貝加萊是一家總部位于奧地利并在全球擁有分公司的創(chuàng)新型自動化企業(yè)。2017年7月6日，貝加萊成為ABB集團(tuán)的機械自動化事業(yè)部。作為工業(yè)自動化領(lǐng)域的全球領(lǐng)導(dǎo)者，貝加萊將前沿技術(shù)與領(lǐng)先工程相結(jié)合，為幾乎每個行業(yè)的客戶提供面向機器與工廠自動化、運動控制、HMI和集成安全技術(shù)的完整解決方案。借助于OPC UA、POWERlink、openSAFETY等工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)，以及強大的Automation Studio軟件開發(fā)平臺，貝加萊不斷重新定義自動化工程的未來。受簡化流程和超出客戶預(yù)期的承諾驅(qū)動，貝加萊始終保持創(chuàng)新精神并處于工業(yè)自動化領(lǐng)域的前沿。

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